Зрр диагноз: Задержка речевого развития у детей

• Стандартная электроэнцефалография (ЭЭГ) с применением функциональных проб и методов математического анализа ЭЭГ. Исследование позволяет оценить биоэлектрическую активность головного мозга, его функциональную активность, выявить очаговую, пароксизмальную и эпилептиформную патологическую активность, а также судить о зрелости формирования основных ритмов ЭЭГ.

  Видео ЭЭГ-мониторинг сна. У детей с задержками речи, данный метод используют для более детального изучения эпилептиформной активности или при подозрении на наличие судорожных приступов.

  Ультразвуковое исследование мозга (нейросонография, УЗИ мозга). Абсолютно безопасный, безболезненный метод исследования, который не требует подготовки и не имеет противопоказаний. Метод позволяет получать двухмерное изображение структуры мозга и оценить наличие возможной патологии тканей. Ввиду индивидуальных особенностей (плотность костей черепа) исследование может быть проведено не у всех пациентов.

  Дуплексное, триплексное сканирование сосудов головы и шеи. Безопасная и безболезненная диагностическая процедура для выявления различных патологий сосудистой системы мозга. Дуплексное сканирование дает возможность хорошо рассмотреть сосуды и прилегающие к ним ткани «в разрезе» (двухмерное изображение). В ходе диагностики можно определить степень сужения или деформации сосудов. Триплексное сканирование сосудов (трехмерное изображение), позволяет увидеть движение кровотока (используется совместно с дуплексным сканированием).

  Компьютерная томография (КТ) или магнитно-резонансная томография (МРТ) головного мозга. Информативные методы с высокой степенью визуализации, которые позволяют получить двухмерные изображения тканей, а для некоторых структур трехмерные изображения. Используются для более детального выявления аномалий развития структур мозга и сосудов, повреждения коры или проводящих путей, наличия кист и гидроцефалии. В зависимости от цели, врачом назначается один из методов исследования, который может проводиться с использованием контраста, или без него. Для проведения КТ или МРТ диагностики возможны противопоказания, а у маленьких детей часто требуется сопровождение анестезиолога.

  Для уточнения диагноза также могут быть использованы методы оценки проведения нервных импульсов в различных структурах, участвующих в обработке восприятия и воспроизведения речи (вызванные потенциалы, электродиагностика с определением функциональных свойств нервов и мышц, электронейромиография и т.п.).

Лечение Задержки Речевого Развития

Специалистам давно известно, что коррекция речевых нарушений наиболее эффективна в период активного становления речевой функции (2–5 лет). При организации помощи детям с ЗРР приоритетным является раннее выявление нарушений речи и индивидуальный подбор тактики ведения пациента. Одним детям для успешного преодоления задержки будет достаточно только логопедической и небольшой психолого-педагогической коррекции. Другим, для коррекции речевых нарушений, требуются совместные усилия нескольких специалистов и комплексность воздействия. При этом принятие решения о необходимости проведения диагностических и лечебных мероприятий, должно осуществляться только индивидуально.

МЕДИКАМЕНТОЗНАЯ ТЕРАПИЯ

На фоне развивающих занятий, детям с ЗРР может потребоваться медикаментозная поддержка. Назначает препараты только врач. Предпочтительным является прием в виде курсов витаминно-минеральных комплексов, растительных, ноотропных, нейропротекторных препаратов, а также препаратов обладающих метаболической, антиоксидантной, антигипоксантной активностью, и корректоров поведения (при необходимости), которые заметно улучшают результаты логопедической и коррекционной работы. Целесообразность медикаментозного сопровождения решается индивидуально в каждом конкретном случае.

НЕМЕДИКАМЕНТОЗНА ТЕРАПИЯ

Обычно включает два крупных блока: педагогический и блок методик с использованием специализированного оборудования.

Педагогический:

• занятия с логопедом, артикуляционная гимнастика, логопедический массаж;
• занятия с логопедом-дефектологом проводятся в тех случаях, когда ребенок недостаточно понимает речь, или имеет отставание в интеллектуальной сфере.

Методики с использованием специализированного оборудования, например:

Дополнительно могут быть применены различные методы мануальной и остеопатической поддержки ребенка.

КОМПЛЕКСНАЯ ТЕРАПИЯ

Не всегда проявления задержки речевого развития могут быть полностью преодолены в короткие сроки, особенно у детей с выраженными нарушениями. Таким детям может быть показана комплексная терапия и реабилитация. В этом случае родителям необходимо настроиться на планомерную, пошаговую работу, а врачу-неврологу установить оптимальный порядок и безопасный режим проведения всех процедур, чтобы не допустить перегрузки нервной системы маленького пациента. При этом весь комплекс мер необходимо планировать и подбирать индивидуально.

Краткий обзор стратегии разработки биосенсоров на основе SPR для применения в диагностике забытых тропических болезней

Основные моменты

•

Метод SPR использовался в диагностических целях и для выяснения биохимических явлений.

•

Жизнеспособность биосенсора на основе SPR для разработки новых методов клинической диагностики.

•

Иммуносенсоры SPR показали более высокую чувствительность для обнаружения антител к лейшманиозу, чем анализ ELISA.

•

. Значения аффинности связывания продемонстрировали высокую жизнеспособность использования рекомбинантных белков в контрольных программах.

•

Перспективы использования наноматериалов и портативных устройств в биосенсорах на основе SPR.

Abstract

Явление поверхностного плазмонного резонанса (SPR) с помощью оптических сенсоров было разработано на основе первоначальных исследований, связанных с возбуждением поверхностных плазмонов на металлических подложках.С самого начала эти оптические системы вызывали растущий интерес к применению в различных областях, от физики, химии и материаловедения до биологии. Несмотря на то, что было исследовано множество приложений, использование SPR в разработке биосенсоров, безусловно, является наиболее заметным. В этом обзоре дается краткое изложение фундаментальных аспектов, связанных с недавним применением SPR в качестве инструмента для разработки новых методов клинической диагностики. Применение биосенсоров SPR было проиллюстрировано недавними исследованиями, опубликованными в области забытых тропических болезней, с акцентом на вклад, достигнутый в висцеральном лейшманиозе.Удалось продемонстрировать реальные преимущества и трудности, с которыми биосенсоры SPR столкнулись в этой важной и сложной системе. Наконец, были продемонстрированы будущие тенденции в использовании наноматериалов для разработки портативных устройств на основе SPR для лечения забытых тропических болезней.

Ключевые слова

Поверхностный плазмонный резонанс

Биосенсор

Иммуносенсор

Забытые тропические болезни

Висцеральный лейшманиоз

Взаимодействие антиген-антитело

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0) 9v0008 © 2019 Else B.V. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Всесторонний обзор плазмонных биосенсоров, используемых в вирусной диагностике

Человечество сталкивается с растущим риском возникновения и повторного появления вирусных инфекционных заболеваний, таких как вирус гриппа, вирус денге (DENV), вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), свиной грипп, вирус Эбола, коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV) и, наконец, что не менее важно, коронавирус SARS-2 (SARS-CoV-2; COVID-19) ^1,2 . Эти вирусы быстро распространяются и, следовательно, представляют угрозу для здоровья человека со значительными глобальными экономическими и социальными последствиями. Инфекционные агенты, подобные этим, имеют специфические связывающие ферменты рецептора для связывания с клеткой-хозяином. Они попадают в систему через наши органы, за которыми следует патогенетический процесс, при котором они ослабляют иммунную систему, вызывая несколько основных симптомов, таких как кашель, простуда и лихорадка, что приводит к воспалению легких, а иногда и к органной недостаточности и даже к смерти ^3,4 . COVID-19, например, легко связывается с клетками легких, вызывая пневмонию и одышку.Согласно данным, полученным из различных источников, за последнее столетие вирусные пандемии унесли миллионы смертей (см. Таблицу S1).

В настоящее время, наряду с несколькими продолжающимися пандемиями, мир борется с новым типом SARS-CoV-2. Считается, что COVID-19 возник в декабре 2019 года в Ухане, Китай. Оттуда он быстро распространился по всему миру. Всемирная организация здравоохранения объявила это распространение чрезвычайной ситуацией в области общественного здравоохранения 30 января 2020 года и назвала болезнь COVID-19 (исх. ⁵ ). До 2 ноября 2020 года 46,8 миллиона человек были инфицированы COVID-19 и продолжают подсчитывать, и этот показатель увеличивается почти на 0,4 миллиона в день, из которых ~ 1,2 миллиона умирают при темпах роста почти 5000 в день.

Чтобы свести к минимуму ущерб от этой пандемии и повысить готовность к будущему повторному появлению COVID-19 и других пандемий, срочно необходимы быстрые и своевременные диагностические системы. Обычные методы обнаружения вирусов обычно требуют определенной методологии, такой как секвенирование генов, культивирование клеток, полимеразная цепная реакция (ПЦР), выделение вируса, анализ гемагглютинации, иммуноферментный анализ (ELISA), иммунопероксидаза и т. Д. ^6,7,8 . Как правило, эти методы являются дорогостоящими, включают сложную аппаратуру, требующую экспертной обработки, обладают большим временем отклика и т. Д. Более того, их заранее разработанные протоколы обычно ограничиваются конкретными строками или типами вирусов. Здесь биосенсинг на основе плазмонов предлагает альтернативный инструмент, который уже привлек внимание научного сообщества как высокочувствительный и многообещающий новый метод быстрой диагностики вирусов. Этот метод также имеет преимущества, заключающиеся в простоте эксплуатации, минимальной предварительной обработке проб и простом недорогом оборудовании.

Настоящая статья представляет собой полный и исчерпывающий обзор плазмонного биосенсинга для вирусной диагностики. Ожидается, что данные, представленные в этой статье, станут основой для дальнейшего развития плазмонных сенсоров для всех вирусных инфекций. В первом разделе представлены несколько типов вирусных мишеней и соответствующие элементы распознавания, а также изложены основы плазмонных методов, таких как распространяющийся поверхностный плазмонный резонанс (SPR), локализованный поверхностный плазмонный резонанс (LSPR), поверхностно-усиленное рамановское рассеяние (SERS). ), поверхностно-усиленной флуоресценции (SEF) и поверхностно-усиленной инфракрасной абсорбционной спектроскопией (SEIRA), которые обсуждаются вкратце.Затем предоставляются исчерпывающие данные об использовании этих методов для разработки методов обнаружения вирусов, а также обсуждаются несколько исследований, особенно связанных с COVID-19.

Вирусные мишени и элементы распознавания

Универсальный биосенсор состоит из трех основных элементов: мишени, распознавания и трансдукционного элемента. Мишенью является молекула аналита, которая обнаруживается, когда она захватывается элементом распознавания посредством определенных взаимодействий.После связывания с целевой молекулой распознающий элемент датчика претерпевает изменение одного из своих физических или химических свойств, таких как проводимость, показатель преломления (RI), значение pH и т. Д. Это изменение преобразуется в читаемый сигнал с помощью преобразователя. Принимая во внимание различные типы распознающих элементов и вирусных мишеней, вирусные биосенсоры можно разделить на пять различных категорий: биосенсоры на основе иммуно-, ДНК-, антигена, клеточного и молекулярного импринтинга ¹ .

Иммуносенсоры обычно основаны на взаимодействии между вирусным антигеном и соответствующим антителом. В ответ на молекулу или организм вируса-гостя иммунная система человека / животного-хозяина вырабатывает антитела ⁹ . Они могут быть созданы против вирусного белка, другого антитела или даже целого вируса и могут связываться с высокой аффинностью и специфичностью. Следовательно, полученные антитела широко используются в качестве биорецепторов для обнаружения селективных вирусных антигенов. В иммуносенсорах аптамеры также используются в качестве распознающего элемента.Эти одноцепочечные олигонуклеиновые кислоты (оцДНК или оцРНК) или пептидные молекулы связываются с вирусными антигенами-мишенями распознавания с высокой селективностью и сродством ¹⁰ . Распознавание на основе ДНК-аптамеров основывается на их предпочтительной ориентации в соответствии с целевым вирусом, что определяется тонкими структурными различиями ¹¹ . Напротив, пептидные аптамеры работают, имитируя антитела, и конструируются через сайты избирательного распознавания на поверхности сенсора ¹² .

Обнаружение вирусов на основе ДНК в качестве распознающего элемента достигается путем иммобилизации оцДНК на поверхности сенсора с сохранением реактивности, стабильности и доступности для целевой вирусной ДНК и зависит от гибридизации нуклеиновых кислот.В нескольких исследованиях пептидные нуклеиновые кислоты (структурный имитатор ДНК) также показали потенциал в качестве многообещающего кандидата для обнаружения ДНК ^13,14 .

Поверхностные антигены (такие как нуклеокапсидные белки и оболочки) или целые вирусные частицы используются в качестве поверхностных рецепторов для обнаружения вирусспецифических антител, полученных из инфицированной сыворотки человека в вирусных биосенсорах на основе антигенов ¹⁵ . Точность и применимость этих датчиков ограничены концентрацией антител, образующихся на разных стадиях инфекции.

Биосенсор на основе клеток широко используется в качестве потенциальной замены тестов на животных для изучения вирусных заболеваний. Эти датчики изготавливаются путем функционализации до / после инфицированных клеток на поверхности датчика, что позволяет проводить подробный анализ вирусной инфекции, включая цитопатические эффекты ¹⁶ . Эти эффекты включают коллективную информацию о прикреплении / отсоединении вируса, морфологических изменениях, деградации вирусной мембраны и, в конечном итоге, гибели клеток.

Для биосенсоров на основе молекулярного импринтированного полимера (MIP) сайты синтетического распознавания представляют собой дополнительные пустоты в полимерной матрице, где целевые вирусные антигены / антитела создаются и откладываются на поверхности сенсора.Этот метод показывает сопоставимое сродство и селективность по отношению к биологическим элементам, а также повышенную стабильность в суровых условиях, возможность повторного использования и экономическую эффективность. ^17,18 . Схема вышеупомянутых биосенсоров представлена ​​на рис. 1.

Рис. 1: Различные типы биосенсоров на основе распознающих агентов и вирус-мишень.

иммуносенсор (или биосенсор на основе антител), b биосенсор на основе ДНК , биосенсор на основе антигена c , клеточные биосенсоры d и биосенсоры на основе молекулярного импринтинга e .

Плазмонные сенсоры для вирусной диагностики

Традиционные методы сенсорной трансдукции, такие как электрохимические (амперометрический потенциометрический, импедиметрический и калориметрический), хроматография или масс-чувствительные, находятся в стадии разработки. Эти методы, особенно электрохимические, вызвали интерес исследователей и промышленников в областях здравоохранения, питания, сельского хозяйства и т. Д. В результате в сообществе был разработан широкий спектр обычных вирусных датчиков ^19,20 .Датчики на основе плазмоники разрабатывались 40 лет, и за это время появились тысячи исследовательских статей, патентов и несколько десятков коммерческих устройств. Это связано с тем, что эти датчики имеют несколько преимуществ по сравнению с традиционными, например (i) мониторинг в реальном времени для выявления динамики связывания для наблюдения за различными биологическими взаимодействиями между биомолекулами, (ii) обнаружение без меток, (iii) высокая возможность повторного использования, ( iv) короткое время отклика и (v) простая обработка образцов при использовании минимального количества электрических компонентов.Однако плазмонные сенсоры имеют недостатки: (i) неспецифичность связывающей поверхности (она может быть увеличена путем иммобилизации слоя, селективного к аналиту над плазмонной пленкой), (ii) ограничения массопереноса, (iii) стерические препятствия во время связывания. и (iv) риск неверной интерпретации данных во время обычных событий ²¹ . Этот раздел посвящен основным плазмонным методам, которые можно использовать для разработки различных вирусных сенсоров. Эти методы включают SPR, LSPR, SER, SERS и SEIRA.

Датчики на основе ППР

Поверхностный плазмон-поляритон или, короче, ППР — это широко доступный оптический метод, используемый для мониторинга изменения ПП чувствительного слоя после связывания молекулы-мишени. ²² . Это относится к электромагнитному (ЭМ) резонансу коллективных колебаний свободных электронов, связанных с плазмонным металлом (серебро и золото для видимого спектра) — диэлектрической полубесконечной границей раздела. Этот резонанс создает связанное распространяющееся поверхностное электромагнитное поле вдоль границы раздела металл-диэлектрик, которое экспоненциально затухает в обеих средах.Это поле очень чувствительно к изменению RI диэлектрического слоя, что означает, что его можно использовать в качестве чувствительного слоя для реализации датчиков ^23,24 на основе SPR. Для возбуждения ППР требуется связующая среда, чтобы обеспечить необходимый импульс фотона вдоль границы раздела. Это может быть достигнуто с помощью призмы с высоким коэффициентом преломления, решетки, волновода или оптического волокна. SPR обычно достигается через призменную связь (метод, известный как конфигурация Кречмана ²⁵ ), когда свет, падающий на одну границу раздела золотой пленки, проходит через призму с высоким коэффициентом преломления, что способствует полному внутреннему отражению на границе раздела призма-металл.Когда диэлектрик / чувствительный слой наносится поверх другой границы раздела золотого слоя, при резонансе большая часть света передается на границу раздела металл-диэлектрик в виде поверхностной волны, что приводит к резкому провалу в спектре отражения. Условие резонанса для достижения SPR:

$$ \ sqrt {\ varepsilon _ {\ mathrm {p}}} \ sin \ theta _ {\ mathrm {res}} = \ sqrt {\ frac {{\ varepsilon _ { \ mathrm {m}} \ varepsilon _ {\ mathrm {d}}}} {{\ varepsilon _ {\ mathrm {m}} + \ varepsilon _ {\ mathrm {d}}}}} $$

, где ε _p , ε _m и ε _d представляют собой диэлектрические проницаемости подложки (призмы, сердцевины оптического волокна и т. д.), плазмонный материал (металлы) и диэлектрический слой, соответственно (аналитическая среда), а θ _res — угол падения резонанса. Из уравнения следует, что глубина, положение (угол или длина волны) и фаза наблюдаемого провала ППР чувствительны к изменениям оптических свойств металлического слоя, а также диэлектрического / чувствительного слоя. На рис. 2a – c представлены несколько основных конфигураций, разработанных для достижения ППР в соответствии с требуемым применением: подходы на основе призмы, оптического волокна и решетки соответственно.Первыми в разработке сенсоров на основе SPR выступили Кречманн и Ризер в 1968 году, которые представили обычную конфигурацию на основе призмы ²⁵ , в то время как Лидберг и его сотрудники сообщили о первой экспериментальной демонстрации использования этого явления для зондирования ²⁶ . С тех пор исследования, основанные на SPR, росли в геометрической прогрессии, с разработкой нескольких конфигураций и комбинаций материалов для повышения производительности этих датчиков при использовании в точках обслуживания (POC).Сегодня несколько компаний, такие как Biacore, PhotonicSys, Plasmetrix и другие, производят устройства, используемые для оценки производительности сенсоров на базе микросхем для устройств POC. Для разработки сенсоров на основе микросхем чувствительный слой готовится на тонкой стеклянной подложке с металлическим (~ 50 нм) покрытием, и анализируемое вещество, подлежащее обнаружению, течет в микрожидкостном канале в непосредственной близости от чувствительного слоя, чтобы обеспечить распознавание. Как уже упоминалось, эти типы сенсоров на основе чипов имеют несколько преимуществ, таких как (i) обнаружение без метки, которое упрощает сенсорное устройство, устраняя функционализацию множества антител, таких как ELISA, (ii) динамическое измерение кинетики связывания-разрыва. для наблюдения за механизмом реакции, происходящей на чувствительной поверхности, и (iii) высокая чувствительность.Стандартные микросхемы SPR также имеют несколько недостатков, которые включают ограничение поперечно-магнитным (TM) поляризованным светом, низкую селективность и небольшую глубину проникновения. Несмотря на то, что небольшая глубина проникновения (200–300 нм) является преимуществом, которое позволяет специфически воспринимать биоэлементы или молекулы в наноразмерной окрестности плазмонной поверхности, когда биоцентр большой, например бактерии или клетки, требуется более высокая глубина проникновения. . Однако это препятствие преодолевается с помощью модификаций микросхем, таких как использование микросхем дальнего действия SPR ²³ .

a на основе призмы, b на основе оптического волокна и c на основе решетки. d SPR-ответ во время изготовления сенсора с использованием иммобилизации четырех серотипов антигена денге на каждой стадии, используемой для обнаружения антител IgM к DENV. Печатается с разрешения исх. ³² (издательская группа Springer Nature). e LSPR: поведение металлической наносферы во внешнем ЭМ поле.Печатается с разрешения исх. ²² (группа публикаций MDPI). f Функционализированные антителами GNR для механизма обнаружения антигена HBs и его применение в различных матрицах. Печатается с разрешения исх. ⁵⁵ (Эльзевьер).

Bai et al. представили биосенсор на основе SPR для обнаружения вируса птичьего гриппа (AIV) H5N1 с использованием выбранного аптамера в качестве элемента распознавания ²⁷ . Чувствительное устройство было изготовлено путем иммобилизации биотинилированного аптамера на покрытой стрептавидином золотой поверхности посредством связывания стрептавидин-биотин.Датчик имел линейный диапазон обнаружения AIV от 0,128 до 1,28 HAU ( R ² = 0,99), время анализа 1,5 ч и показал применимость в образцах мазков от птицы. Метод квантования h2N1 и h4N2 AIV был использован посредством анализа ингибирования с использованием белка гемагглютинина (HA), нанесенного на сенсорный чип, для распознавания целых вирусов ²⁸ . Предварительные исследования показали высокую чувствительность обнаружения вирусов в диапазоне 0,5–10 мкг / мл и более высокую точность. Также сообщалось о волоконно-оптическом датчике SPR для обнаружения AIV подтипа H6N1 ²⁹ .Сердцевина волокна с боковой полировкой была покрыта тонкой золотой пленкой 40 нм с последующим покрытием из моноклональных антител. Антигены H6N1 в образцах цыплят были обнаружены с пределом обнаружения 5,14 × 105 EID ₅₀ / 0,1 мл и временем ответа 10 мин.

Биосенсор на основе SPR для обнаружения AIV с использованием процесса гибридизации ДНК был предложен Kim et al. ³⁰ . Исследование было основано на количественном мониторинге тиолированных олигонуклеотидов в процессе гибридизации.В другом месте продвинутая конфигурация на основе квантово-ямного ППР для диагностики AIV A в реальном времени была продемонстрирована Lepage et al. ³¹ . Его производительность сравнивалась с традиционной конфигурацией SPR на основе призмы, и было выявлено временное разрешение для сбора данных 2,2 с, что дало разрешение 1,5 × 10 ^–6 –2,7 × 10 ^–5 RIU.

Jahanshahi et al. предложили метод обнаружения антител к вирусу денге быстрого иммуноглобулина M (IgM) с использованием серотипа DENV в качестве рецептора на золотом чипе ³² .Чувствительный зонд показал применимость в образцах сыворотки человека вместе со 100% селективностью и временем отклика 10 мин. Отклик изготовленного датчика на каждом этапе иммобилизации представлен на рис. 2г. Также сообщалось о методе диагностики лихорадки денге на основе SPR с использованием E-белка DENV в качестве мишени и антител IgM в качестве лиганда ³³ . Было обнаружено, что рабочий диапазон датчика составляет 0,0001–10 нМ с линейным диапазоном 0,0001–0,01 нМ и чувствительностью 39,96 градуса / нМ. Сообщалось о методе обнаружения вируса гепатита B (HBV) с использованием комбинации методов SPR на основе наночастиц и петлевой изотермической амплификации (LAMP) ³⁴ .Датчик может обнаруживать минимальные концентрации вируса 5 копий / 25 мкл с временем отклика 30 мин.

Прямой анализ связывания РНК-РНК на 3′-конце вируса гепатита C (HCV) был продемонстрирован Palau et al. ³⁵ . Биологические взаимодействия были проанализированы с помощью сложных экспериментов по мутации и обратной генетики с участием 5BSL3.2, петли-стержня, расположенной в кодирующей области NS5B HCV. Однако несколько взаимодействий связывания, о которых сообщалось в исследовании, не были обнаружены в аналогичном анализе, выполненном с помощью стандартной ЯМР-спектроскопии.

Другой пример, демонстрирующий потенциал обнаружения вирусной РНК с помощью SPR, был дан с использованием режима визуализации SPR (SPRi) ³⁶ . В этом случае сенсорный чип был приготовлен путем ковалентной функционализации ДНК, комплементарной РНК вируса табачной мозаики (TMV) и фрагментам РНК, не относящимся к TMV. Исследование показало применимость к непрерывному мониторингу связывания РНК с помощью агентов захвата ДНК над слоем золота. Однако это исследование имело определенные ограничения: сконструированная микроматрица SPRi не была устойчивой к денатурирующему формамиду, а методика была чувствительна к температуре, что означало, что колебания температуры во время реакции должны были быть сведены к минимуму.

«Фиточип» на основе SPR был разработан для отличия зараженных вирусом растений от неинфицированных, при этом сенсорное устройство могло обнаруживать РНК вируса полосатой мозаики ячменя в листьях пшеницы ³⁷ . Сенсорный зонд был изготовлен путем иммобилизации дрожжевого олигонуклеотида отрицательного контроля на поверхностном золотом чипе SPR с несколькими этапами оптимизации. Этот метод обнаружения обладал диапазоном обнаружения 14,7–84 пг / мкл, временем отклика около 3000 с и пределом обнаружения 14.7 пг / мкл. Эти характеристики в сочетании с конструкцией с высокой пропускной способностью делают датчик пригодным для применения в селекции растений и борьбе с вирусами. Однако он не так чувствителен, как метод ПЦР в реальном времени для обнаружения бегомовируса в томатах.

SPR также использовался для количественной оценки и оценки кинетики коронавируса (SARS-CoV), возникшего в 2002–2003 годах. В ходе исследования кинетика связывания SARS-CoV с РНК была оценена во время фосфорилирования нуклеопротеина SARS-CoV (N-белок) ³⁸ .Исследование показало, что нефосфорилированный и фосфорилированный N-белок проявляет сходное сродство к связыванию с вирусной РНК. Однако по сравнению с невирусной РНК наблюдалась более высокая аффинность связывания фосфорилированного N-белка, что стимулировало фосфорилирование N-белка для обнаружения вирусной РНК. Было замечено, что стержневой элемент вируса не только действует как сайт связывания для N-белка, но также способствует связыванию с высокой аффинностью для других областей.

Аналогичным образом SPR использовался в качестве инструмента для кинетического анализа связывания SARS-CoV-2, химерных SARS-CoV-2 и доменов связывания рецепторов SARS-CoV (RBD) с рецепторами ACE-2 ³⁹ .Исследование показало, что химерный структурированный RBD SARS-CoV-2 обладает более высокой аффинностью связывания с рецепторами ACE-2 из-за наличия дополнительного NO-мостика между химерным RBD SARS-CoV-2 и ACE-2. Кроме того, аффинность связывания SARS-CoV-2 и химерного SARS-CoV-2 выше, чем у SARS-CoV RBD.

В другом исследовании был разработан датчик на основе SPR для простого и легкого обнаружения коронавируса с использованием белка, полученного в результате слияния золотосвязывающих полипептидов (GBP) ⁴⁰ .Их иммобилизовали на золотом слое и использовали в качестве лиганда для поверхностного антигена SARS-CoV. Предложенный датчик показал наилучшие результаты при оптимизированной концентрации слитого белка 10 мкг / мл. Предел обнаружения и время отклика сенсора составили 200 нг / мл и 10 мин соответственно. 2}}.$$

Для других типов НП правильной формы (стержни, диски, сфероиды и т. Д.) Приведенное выше уравнение модифицируется с геометрическим форм-фактором, в то время как для любой произвольной формы требуются более строгие вычисления, например с использованием COMSOL мультифизика или приближение дискретных диполей. Следовательно, для достижения максимального поглощения член в знаменателе должен быть минимальным, что приводит к условию резонанса: \ (\ left [{{\ it {{\ mathrm {Re}}}} \ left ({\ varepsilon _ {\ mathrm {m}}} \ right) + 2 \ varepsilon _ {\ mathrm {d}}} \ right] = 0 \), также называемое условием Фрелиха для достижения LSPR ⁴² .В резонансе, когда свет (либо поперечный электрический, либо TM) взаимодействует с металлическими наноструктурами, при сборе спектра поглощения наблюдается сильный пик из-за локализации сильного электромагнитного поля вокруг металла NP ⁴² . Исходя из условий резонанса, высота пика LSPR и соответствующая длина волны чувствительны к нескольким параметрам: форме, размеру и материалу плазмонной наноструктуры, а также среде вокруг нее, которая может использоваться в качестве чувствительной среды ⁴³ .Рисунок 2e представляет собой наглядное изображение явления LSPR, когда металлическая наносфера находится под внешним электромагнитным полем. Эффективности поглощения и рассеяния трех различных типов золотых наноструктур (наносфер, кремнеземных нанооболочек и наностержней) были рассчитаны с использованием теории Ми и метода дискретного дипольного приближения ⁴⁴ . Как и ожидалось, результаты показали, что размеры наночастиц определяют несколько плазмонных свойств, таких как длина волны резонанса, отношение рассеяния к поглощению и сечение экстинкции.Исследование продемонстрировало быстрое увеличение экстинкции и соответствующий вклад в рассеяние по отношению к увеличению размера наноструктуры, но они не зависят от соотношения сторон наноструктур. По сравнению с золотыми наносферами и нанооболочками наностержни показывают более высокие сечения поглощения и рассеяния. Наностержни с высоким соотношением сторон и малым радиусом представляют собой лучшее фотопоглощение, в то время как наностержни с высоким соотношением сторон и большим радиусом демонстрируют самый высокий контраст рассеяния и могут использоваться для изображений.

Эти сенсоры обычно разрабатываются путем изготовления металлических наноструктур, таких как наносферы, наностержни, нанооболочки, нанопроволоки, нанопризмы и т. Д., А также верхнего слоя чувствительной пленки. Развитие технологий нанолитографии позволило с высокой степенью управляемости изготовление этих наноструктур на подложках для использования датчиков на основе LSPR, не только с использованием коллоидных частиц, но и подложек на основе микросхем, которые являются миниатюрными, с высокой чувствительностью и повторяемостью и могут интегрироваться с другими чувствительными компонентами. , например микрофлюидика и т. д. ⁴⁵ . Развитие методов нанолитографии дало возможность нанотехнологиям разработать плазмонные подложки на основе нанометров с большей площадью поверхности ( ² см) и хорошо контролируемой эффективностью. Это привело к нескольким полезным факторам с комбинацией планарных и коллоидных подложек, включая высокую воспроизводимость, «горячие точки» с высокой плотностью электрического поля (около миллиарда или более на см ² ) с регулируемыми полосами SPR и соответствующим распределением поля, приводящим к повышенная чувствительность по сравнению с обычным массовым подходом, простота миниатюризации, применимость для интеграции с другими компонентами (такими как микрофлюидика) и т. д. ⁴⁵ . Например, одиночное наноотверстие в плазмонной подложке приводит к наличию сильно локализованного электрического поля около его края ⁴⁶ , но массив периодически расположенных наноотверстий на большой площади поверхности может обеспечить существование поверхностных плазмонных поляритонов (ППП), вызывающих возникновение необычной полосы пропускания через плазмонные наноотверстия на определенной резонансной длине волны ⁴⁷ . Однако SPP исчезает в случае непериодического массива наноотверстий, в то время как режим LSPR все еще присутствует ⁴⁶ .Следовательно, SPP в основном зависит от периодичности массива наноструктур, и в случае необычного режима пропускания SPR может быть достигнуто без использования громоздкой призмы, что устраняет необходимость в традиционной конфигурации Кречмана на основе отражения и приводит к возможности для миниатюризация ⁴⁵ . Субстрат на основе массива наноотверстий был успешно интегрирован с микрофлюидикой ⁴⁸ наряду с демонстрацией кинетики связывания антиген-антитело в реальном времени ⁴⁹ и мультиплексным детектированием ⁵⁰ .

Техника на основе LSPR также используется для разработки недорогих, простых в использовании устройств обнаружения точек контакта, интегрированных с датчиками на основе бокового потока, которые основаны на изменении цвета. Когда коллоидный раствор плазмонных НЧ испытывает изменение ПП, это происходит из-за некоторого молекулярного взаимодействия в среде, окружающей поверхность НЧ. Цвет раствора будет меняться в зависимости от сдвига резонансной длины волны (из-за LSPR). Эти датчики обычно называются колориметрическими датчиками ⁵¹ .Многие наборы для испытания бокового потока основаны на цветовых вариациях LSPR. Иногда цвет усиливается с помощью флуоресцентной метки через SEF.

По сравнению с SPR, LSPR имеет следующие преимущества: высокое соотношение сторон, что обеспечивает большую площадь поверхности взаимодействия для иммобилизации чувствительных элементов; миниатюрный зонд для создания компактных устройств; и широкая применимость и совместимость с несколькими явлениями, такими как флуоресценция, комбинационная спектроскопия, ИК-спектроскопия и многие другие. С другой стороны, с точки зрения чувствительности RI, LSPR менее чувствителен, чем обычный SPR ⁵² , но увеличенное соотношение сторон приводит к более легкому размещению биомолекул на чувствительной поверхности над металлической наночастицей, что приводит к высокой чувствительности биомолекул ⁴² .Однако есть несколько исследований, в которых SPR сочетается с LSPR для достижения наилучших характеристик датчика ^53,54 .

Золотые наностержни (GNR) использовали Wang et al. реализовать LSPR для датчика HBV, используя поверхностный антиген гепатита B (HBs) в качестве молекулы-мишени ⁵⁵ . Моноклональные антитела против HBs были иммобилизованы на поверхности GNR с помощью процесса физической адсорбции. Характеристики датчика были успешно продемонстрированы для образцов трис-буфера, сыворотки крови и плазмы крови.Схема иммобилизации антител на GNR и ее применение для улавливания HBV показано на рис. 2f. Ли и др. сообщили о не содержащем метки биосенсоре AIV H5N1, использующем многофункциональную ДНК в качестве распознающего элемента, когда полые Au-подобные шипу NPs использовались в качестве агента LSPR. ⁵⁶ . ДНК, использованная в исследовании, обладала функциями трехстороннего соединения: связывание NP, элемент распознавания и усиление сигнала. Датчик мог обнаруживать белок HA в буфере PBS и куриной сыворотке со значением LOD 1 пМ. Генетически сконструированный гибридный белок GBP был нанесен на покрытые золотом наночастицы диоксида кремния и использовался в качестве связывающего лиганда для облегчения метода биочувствительности для обнаружения AIV Park et al. ⁵⁷ . НЧ кремнезема были использованы для разработки системы оптических микрочипов и изготовления различных НЧ на одном стеклянном чипе. Датчик успешно продемонстрировал сверхчувствительное обнаружение с пределом обнаружения целевого вируса 1 пг / мл. Ахмед и др. предложили хироиммуносенсор, который объединил самособирающиеся хиральные звездообразные наногибриды золота и полупроводниковые квантовые точки (КТ) для обнаружения вируса гриппа H5N1 ⁵⁸ . Надежность предложенного метода успешно доказана для диагностики гриппа h5N6, аденовируса птиц и коронавируса в образцах сыворотки крови.Weerathunge et al. сообщили о колориметрическом сенсоре для быстрого обнаружения норовируса человека (NoV) с использованием высокоспецифичного аптамера и повышенной ферментативной активности Au NPs ⁵⁹ . Надежность сенсорного зонда была успешно продемонстрирована для обнаружения NoV в различных сложных матрицах, таких как гомогенат моллюсков, сыворотка человека и т. Д.

Сообщалось о новом подходе к эффективной диагностике вируса Эбола, объединяющем LSPR и люминесценцию, приводящую к резонансному переносу энергии люминесценции. Цанг и др. ⁶⁰ . Олигонуклеотид, конъюгированный с наночастицами BaGdF5: Yb / Er с повышающим преобразованием, использовали для люминесценции, в то время как олигонуклеотид вируса Эбола, конъюгированный с Au NP, использовали для достижения LSPR. Гомогенный анализ обоих растворов NP был подготовлен и протестирован на определение вируса Эбола и позволил выявить вирус при значениях LOD на уровне pM. Также сообщалось о мультиплексном обнаружении вирусов с использованием разноцветных НЧ Ag через систему на основе бокового потока, что показывает, что одноканальный мультиплексный анализ возможен без помощи внешнего источника света ⁶¹ .Основанный на LSPR иммуносенсор для селективного обнаружения серотипов DENV с использованием γ-Fe ₂ O ₃ @ 3-меркаптопропионовая кислота @ Au NPs @ конфигурация аптамера была предложена Basso et al. ⁶² .

Что касается текущей пандемии COVID-19, Li et al. сообщили о быстром и простом определении антител IgM и IgG, соответствующих вирусу SARS-CoV-2, в сыворотке крови ⁵ . Текущее целевое антитело IgG / IgM сначала связывается с рекомбинантным антигеном s-белка, конъюгированного с золотом, антигена SARS-CoV.Комплекс антитело-антиген снова прошел через анализ, который связывался с антителом против человека, связанным через нитроцеллюлозную мембрану. Связывание привело к изменению цвета связанного комплекса из-за LSPR, обеспечивая подтверждение вируса SARS-CoV-2 с высокой специфичностью. Полученные результаты показали замечательную способность обнаружения образцов, собранных из сыворотки крови, плазмы и т. Д.

Сообщалось о другом методе клинической диагностики COVID-19 с использованием интеграции LSPR и плазмонного фототермического эффекта ⁶³ .В этом методе рецепторы комплементарной ДНК SARS-CoV-2 были иммобилизованы на наноостровках 2D-Au (Au NI) для чувствительного обнаружения выбранных последовательностей вируса посредством гибридизации нуклеиновых кислот. Затем характеристики чувствительности были улучшены за счет термоплазмонного тепла, производимого на том же самом чипе Au NI при освещении на частоте плазмонного резонанса. Датчик показал точное обнаружение вируса с нижним пределом обнаружения 0,22 пМ.

При поиске методов обнаружения SARS-CoV-2 был разработан метод выборочного обнаружения «невооруженным глазом» с использованием его последовательностей РНК в качестве цели без использования каких-либо сложных инструментальных методов. ⁶⁴ .Колориметрическое обнаружение этих последовательностей РНК было выполнено, когда коллоидные Au NP были кэпированы с помощью сконструированных тиол-модифицированных антисмысловых олигонуклеотидов (ASO), специфичных для N-гена (нуклеокапсидный фосфопротеин) SARS-CoV-2. Предлагаемое исследование представляет собой быструю диагностику COVID-положительных пациентов в течение 10 минут с использованием изолированных образцов РНК, с высокой селективностью и пределом обнаружения 0,18 нг / мкл. Исследование показало очень низкое время отклика по сравнению с другими традиционными методами. В таблице S3 представлены наборы данных различных вирусных датчиков, использующих метод LSPR.

Датчики на основе SEF

SEF, также называемые флуоресценцией, усиленной металлами, или флуоресценцией, усиленной плазмонами, представляют собой явление повышенной интенсивности флуоресценции флуорофорного материала с использованием плазмонного наноматериала (обычно металлов). Это достигается размещением флуорофора в непосредственной близости от металлической наноструктуры, так что связанное с ним локальное плазмонное электрическое поле может быть связано с электронами флуорофора. Таким образом, флуорофор будет испытывать повышенное электрическое поле и, следовательно, усиленное излучение, тем самым вызывая повышенную интенсивность флуоресценции ^65,66 .Явление схематически представлено на рис. 3а. Правильный выбор флуорофора очень важен для обеспечения перекрытия полос оптического поглощения флуорофора и металла. 6}}.$$

R — это расстояние между плазмонной поверхностью и флуорофором, а R ₀ — радиус Ферстера, который зависит от спектрального перекрытия между испусканием возбужденного состояния донора (в данном случае плазмоном) и землей акцептора. состояние абсорбции (флуорофор). В случае металлов R ₀ ≫ R как усиленное ЭМ поле обладает большим поперечным сечением поглощения между спектром LSPR металлов и спектром флуоресценции флуорофора, что приводит к высокоэффективному FRET.Другой фактор, стоящий за SEF, — это повышенная скорость излучения флуорофора в присутствии плазмонных материалов, называемая эффектом Перселла ⁶⁷ . В этом эффекте плазмоны переизлучают энергию, полученную через FRET, увеличивая интенсивность излучения. SEF широко используется для подготовки нескольких устройств POC для определения различных аналитов. Например, в наборе для бокового потока флуоресцентный материал используется в качестве метки для распознавания связывания, а плазмонные НЧ используются для увеличения интенсивности флуоресценции.Помимо датчиков, метод SEF широко применяется для определения характеристик материалов на молекулярном уровне, спектроскопического анализа на одномолекулярном уровне, динамического отклика гибридизации ДНК, визуализации клеток и т. Д. Однако иногда его область действия страдает от эффекта гашения энергии, которое можно преодолеть путем выбора подходящей наноструктуры, интенсивности излучения, радиационного распада и т. д.

a Схема принципа поверхностно-усиленной флуоресценции.Печатается с разрешения исх. ⁶⁶ (Королевское химическое общество). b Платформа для обнаружения ВИЧ с использованием золотого массива NP. Печатается с разрешения исх. ⁶⁹ (Американское химическое общество). c Иллюстрация системы SERS на основе бокового потока, представляющей (i) изготовление SERS-метки AuNS-ATP-mAb, (ii) предлагаемое сенсорное устройство и принцип работы сенсора (iii) с и (iv) без нуклеопротеина гриппа А. . Печатается с разрешения исх. ⁷⁶ (Королевское химическое общество). d Пример платформы SEIRA для картирования вируса табачной мозаики (TMV): (i) структура белка TMV, (ii) топографическое изображение TMV на кремниевой подложке, (iii) ИК, фазовое картирование в ближнем поле при двух различных частоты (1660 и 1720 см ^-1 ), и (iv) нано-FTIR спектр TMV. Печатается с разрешения исх. ⁸⁹ (Springer Nature).

Takemaura et al. Представили быстрый и специфический метод диагностики вируса гриппа с использованием флуоресцентного иммуносенсора, индуцированного LSPR. ⁶⁸ . В ходе исследования были синтезированы четвертичные КТ CdSeTeS, кэпированные L-цистамином, которые были связаны с антителом против гемагглютинина (антитело против НА). Далее, Au NP тиолировали L-цистамином и конъюгировали с антителом против нейраминидазы (анти-NA Ab). Затем антиген вируса гриппа распознавался по его связыванию с конъюгированными с анти-NA Ab Au NP и QD, конъюгированными с анти-HA Ab, что приводило к изменению интенсивности повышенной флуоресценции. Датчик обладал пределом обнаружения концентрации вируса 0,03 пг / мл вместе с быстрым обнаружением за 10 мин.Inci et al. предложили новый метод обнаружения и количественной оценки нескольких серотипов вируса ВИЧ (A, B, C, D, E, G и панель подтипов), который хорошо подходит для приложений POC ⁶⁹ . Сенсор вируса ВИЧ состоял из модифицированной амином полистирольной поверхности, на которой проводилось послойное осаждение НЧ Au, нейтр-авидина и биотинилированного поликлонального антитела против gp120. На рис. 3б представлена ​​схема изготовленного датчика. Он предлагал время анализа 70 минут, эффективное обнаружение в образцах цельной крови и низкий предел обнаружения (39 копий / мл для подтипа D).

Платформа усиленной металлом флуоресценции с использованием ядра-оболочки Ag @ SiO ₂ НЧ и флуоресцентного аптамера для обнаружения вируса гриппа H5N1 была предложена Pang et al. (исх. ⁷⁰ ). Рекомбинантный белок HA и аптамер против rHA были выбраны в качестве целевой молекулы и агента распознавания, соответственно, в то время как тиазоловый оранжевый был использован в качестве флуоресцентной метки. Датчик продемонстрировал обнаружение вируса с линейным диапазоном 3,5–100 нг / мл и применимость в водном буфере и сыворотке крови.Потребовалось всего 30 минут на отклик, и он показал свой потенциал в приложениях POC. В другом исследовании обнаружение IgG, IgA, антител IgM к вирусу Зика и антител IgG к DENV проводилось на мультиплексном субстрате плазмонного золота (pGOLD) с временем анализа 60 минут, и требовалось только 1 мкл образца сыворотки или цельной крови ⁷¹ .

Комбинация SEF и техники бокового потока была использована для обнаружения гликопротеина вируса Эбола с многофункциональной наносферой (RNs @ Au, комбинация RN QD и Au NP), играющей роль репортера сигнала ⁷² .Наносфера была модифицирована антителом и стрептавидином как Ab-RNs @ Au-SA и связана с тестовой линией для обнаружения вирусного белка. Кроме того, сигнал усиливался модифицированными биотином RNs @ Au вместе с вирусным белком. Метод успешно продемонстрировал применение в полевых условиях в пробах мочи, плазмы и водопроводной воды с быстрым временем анализа 20 мин. Эти и несколько других вирусных сенсоров на основе SEF представлены в таблице S4.

Датчики на основе SERS

За последние несколько десятилетий, среди нескольких биосенсорных преобразователей, SERS зарекомендовал себя как высокоселективный инструмент и доминирующий аналитический метод в области диагностических приложений ⁷³ .Он показывает широкий спектр преимуществ: (i) возможная уникальная сигнатура отпечатка пальца аналита, вызывающая высокую селективность, (ii) простой метод подготовки образца, (iii) отсутствие помех сигнала от среды аналита, которая обычно на водной основе, (iv ) обнаружение одиночных молекул, (v) возможность мультиплексного зондирования с помощью одного лазерного луча, (vi) высокая пропускная способность, и (vii) применимость POC с использованием имеющихся в продаже портативных рамановских зондов ⁴⁵ . Технология SERS используется для усиления естественно слабого рамановского сигнала с использованием оптических и химических свойств близлежащего плазмонного наноматериала ^74,75 .Плазмонные металлические наноструктуры обладают локализованным электромагнитным полем в результате LSPR и влияют на сигнал комбинационного рассеяния Рамана-активного материала, увеличивая поперечное сечение комбинационного рассеяния света, если материал находится рядом или в непосредственной близости от плазмонных НЧ ² . Это усиление связано с комбинацией двух типов процессов — усиления ЭМ и химического усиления — хотя первый имеет доминирующий вклад по сравнению со вторым. Первый обычно дает основной вклад между 10 ⁴ и 10 ⁸ , а второй дает вклад 10–100 для рамановского усиления ^74,76,77 .4 \) (исх. ⁷⁸ ). Поскольку локализованное электромагнитное поле из-за LSPR значительно выше по величине, чем у падающего света, это приводит к обнаружению сигнала SERS с очень маленьким поперечным сечением (10 ^-30 см ² / молекула). Оптимизация конструкции плазмонной наноструктуры может привести к созданию высокопроизводительных датчиков SERS, поскольку усиление электромагнитного поля определяет чувствительность датчиков, воспроизводимость и, соответственно, их промышленную применимость. Для получения более подробной информации о методах усиления поля и физических механизмах SERS читатели могут отсылать к недавним обзорным статьям ^73,75,77 .Сообщалось о ряде биосенсоров на основе SERS, которые обнаруживают множество вирусов, и некоторые из них обсуждаются ниже.

Подложка SERS с наногибридными многослойными NR Au / Ag была изготовлена ​​и конъюгирована с родамином 6 G в качестве репортера комбинационного рассеяния для обнаружения штаммов AIV h2N11, h3N2 и h4N2 ⁷⁹ . Толщина многослойного материала Ag / Au была оптимизирована, и было обнаружено, что Ag вносит значительный вклад в усиление электромагнитного поля за счет поверхности Au с коэффициентом усиления в диапазоне 2.62 × 10 ⁶ –1,74 × 10 ⁷ . Сенсорный зонд был способен обнаруживать штаммы вирусов с концентрацией до 10 ⁶ БОЕ (бляшкообразующих единиц) / мл.

Андерсон и др. сообщили о бумажном тесте SERS для обнаружения вируса гриппа ⁸⁰ . Комбинации вирусного белка НА и антител использовали в качестве связывающих лигандов и элементов-мишеней. В исследовании утверждалось, что анализ на основе рекомбинантного связывающего вещества в области головы (связывающий в области головы / HA / AIV / HA / Au NP) показал более высокую чувствительность по сравнению с другими анализами на основе антител.Смешанные и полностью связующие стопки имели пределы обнаружения 2,5 × 10 ⁸ и 3,54 × 10 ⁷ соответственно.

Обнаружение синтетических белков РНК гриппа на основе ДНК с использованием субстрата Ag NR SERS было представлено Негри и Длухи (ref. ⁸¹ ). 5′-Тиолированные олигонуклеотиды оцДНК были связаны через NR Ag и использовались в качестве распознающего агента. Датчик достиг значения LOD, равного 10 нМ концентрации РНК: в десять раз ниже, чем значение LOD, полученное с помощью обычного метода ELISA.

Обнаружение последовательностей нуклеиновых кислот DENV было продемонстрировано на биметаллическом нановолновом чипе с использованием техники SERS ⁸² . Сенсорный зонд был изготовлен путем создания волнообразной структуры из полистирольных наносфер с последующим нанесением покрытий из серебра и серебра соответственно. Затем тиолированная комплементарная оцДНК DENV была иммобилизована на Au. Сигналы SERS собирались и измерялись после однократной реакции на поверхности чипа без какой-либо стадии промывки, что упростило использование и снизило стоимость реагентов.Датчик был способен обнаруживать ДНК DENV с пределом обнаружения ~ 6 аттомолей.

Иммуноанализ латерального потока (LFIA) и SERS были интегрированы в исследование выявления нуклеопротеинов гриппа A Maneeprakorn et al. ⁷⁶ . Синтезированы многоразветвленные нанозвезды Au, которые конъюгированы с 4-АТФ (рамановский репортер) для образования комплекса AuNS – АТФ. Затем антитела иммобилизовали над комплексом. Образцы нуклеопротеинов пропускали через полосу LFIA и прикрепляли через связанный с антителом комплекс AuNS-АТФ, который снова перемещался в тестовое положение, где был прикреплен весь комплекс для достижения восприятия.В тестовой позиции был зарегистрирован сигнал SERS, предел обнаружения составил 6,7 нг / мл. На рис. 3с представлена ​​схема сенсорной платформы и рабочего механизма.

Обнаружение частиц вируса простого герпеса (HSV) в образцах синтетической слезы было продемонстрировано с использованием SERS в качестве инструмента преобразования ⁸³ . Целевые образцы были приготовлены путем добавления различных соотношений транспортной среды и денатурированного теплом HSV в искусственную слезу. Сигнал SERS регистрировался на двух типах подложек SERS: тонкая пленка золота и реакционное стекло с серебряным зеркалом.Линейный дискриминантный анализ показал, что полученные чувствительность и селективность для тонкой пленки золота составляли 75,5 ± 5,9% и 78,3 ± 6,2% соответственно, а чувствительность и селективность для второй подложки составляли 75,5 ± 13,8% и 77,3 ± 8,3% соответственно.

В 2012 году ДНК-полученные геномы вируса Западного Нила и РНК вируса лихорадки Рифт-Валли были обнаружены с помощью биосенсинга на основе SERS, где парамагнитные НЧ, покрытые Au (Au @ PMP), были использованы на субстрате ⁸⁴ . Одновременное обнаружение обеих мишеней было достигнуто путем конъюгации захваченных ДНК обоих вирусов с рамановскими репортерами малахитовым зеленым и эритрозином B соответственно.Рабочий диапазон обнаружения обоих вирусов составлял 20–100 нМ. В таблице S5 представлены исчерпывающие данные о различных исследованиях вирусного зондирования с использованием метода SERS, которые были предприняты.

Датчики на основе SEIRA

SEIRA — это явление, используемое для усиления сигнала ИК-поглощения материала мишени. ИК-сигнал (обычно измеряемый с помощью ИК-спектрометра с преобразованием Фурье (FTIR)) материала получается через его атомные колебания. Таким образом, он действует как селективный биомаркер и может быть использован для молекулярной диагностики ⁸⁵ .Однако из-за того, что длины волн ИК-сигнала намного больше, чем размеры целевой молекулы, ИК-сигналы собираются через крошечное поперечное сечение, которое ослабляет сигнал и означает меньшую чувствительность. Спектроскопия SEIRA обладает значительно повышенной (на несколько порядков) чувствительностью благодаря комбинации ИК-спектроскопии и локализованного плазмонного резонанса ⁸⁶ . Подобно SEF и SERS, SEIRA достигается размещением материала мишени вблизи плазмонного наноматериала.Однако благодаря инфракрасному диапазону длин волн он имеет преимущества более широкого выбора плазмонных материалов, таких как металл, полупроводники, графен и т. Д. ⁸⁷ . Резонансы в ИК-диапазоне достигаются за счет создания структур типа наноантенны, таких как ГНЛ, с длиной, кратной половине эффективной длины волны. Однако изготовление этих структур требует высокой точности и передовых технологий нанопроизводства, что делает этот метод немного дорогим наряду с квалифицированным обращением.По сравнению с другими методами улучшения поверхности (например, SERS и SEF) коэффициент усиления ниже (10–1000), но сечение взаимодействия для ИК-поглощения в несколько раз выше, чем для SERS и SEF, что делает умеренный коэффициент усиления подходит для номеров заявок ⁸⁷ . Другой недостаток SEIRA связан с тем, что пики ИК-поглощения органических молекул многочисленны и простираются в широком диапазоне длин волн от 1,5 до 10 мкм и более. В то же время структуры типа наноантенны обычно предназначены для усиления в узком диапазоне длин волн.С другой стороны, в спектроскопии SERS и SEF интересующий диапазон длин волн простирается максимум до нескольких десятков нм.

Brehm et al. предложили метод получения ИК-спектров отпечатков пальцев цилиндрического TSV диаметром 18 нм с использованием ближнепольной микроскопии рассеяния (s-SNOM) ⁸⁸ . НЧ отдельных вирусов были отлиты из подложки Au / Si и картированы с помощью s-SNOM для определения топографии поверхности, ИК-амплитуды и фазового контраста. ИК-амплитуда и фазовый контраст были видны даже при очень малых объемах освещенного зонда (10 ^-20 ), а топография была видна на ~ 16 нм от высоты вирусного NP.В другом исследовании картирование вирусов / белков было выполнено с латеральным разрешением 30 нм с использованием упорядоченного нанометрового острого наконечника ⁸⁹ . Структура белка TMV и его топографическое и ИК-картирование представлены на рис. 3d. Один вирус / белок TMV был успешно картирован с помощью нано-FTIR. Из-за большого несоответствия между крошечным наконечником и длиной волны ИК-излучения полученные с помощью этого метода сигналы имеют тенденцию быть очень слабыми. Чувствительность к сигналу можно повысить, используя интеллектуальный плазмонный наноматериал либо на наконечнике ⁹⁰ , либо в качестве поддерживающей подложки ⁹¹ .

Все подтверждающие данные были загружены на веб-ресурс ⁹² . Стоит отметить, что ссылочные номера, приведенные в дополнительных данных, отличаются от номеров в статье.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Дефицит сепиаптериновой редуктазы — NORD (Национальная организация по редким заболеваниям)

УЧЕБНИКИ
Pearl PL. Дефицит моноаминовых нейротрансмиттеров. В: Справочник по клинической неврологии. Aminoff MJ, Boller F, Swaab DF (ред.) 2013: Эльзевир, Амстердам, Нидерланды. Стр. 1819-1825 гг.

Тони Б., Блау Н. Дефицит тетрагидробиоптерина. В: Руководство NORD по редким заболеваниям. Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. Филадельфия, Пенсильвания. 2003: 502.

Эльзаук Л., Османи Х., Леймбахер Л. Дефицит редуктазы сепиаптерина: молекулярный анализ в новом случае с дефицитом нейротрансмиттера без гиперфенилаланинемии. В: Химия и биология птеридинов и фолатов. Milstien S, Kapatos G, Levine RA, Shane B, eds.Springer Science + Business Media, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. 2002: 277-285.

СТАТЬИ В ЖУРНАЛЕ
Leuzzi V, Carducci C, Tolye M, et al. Очень ранняя картина двигательных нарушений при дефиците сепиаптеринредуктазы. Неврология . 2013; 81: 2141-2142. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24212389

Friedman J, Roze E, Abdenur JE, et al. Дефицит сепиаптеринредуктазы: излечимая имитация церебрального паралича. Ann Neurol. 2012; 71: 520-530. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22522443

Dill P, Wagner M, Somerville A, et al.Детская неврология: пароксизмальное скованность, взгляд снизу вверх и гипотония: признаки дефицита сепиаптеринредуктазы. Неврология . 2012; 78: e29-32.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22291068

Arrabal L, Teresa L, Sanchez-Alcudia R, et al. Взаимосвязь генотипа и фенотипа при дефиците сепиаптеринредуктазы. Дефект сплайсинга составляет новый фенотипический вариант. Нейрогенетика. 2011; 12: 183-191. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21431957

Kusmierska K, Jansen EE, Jakobs C et al.Дефицит сепиаптеринредуктазы у 2-летней девочки с неполным ответом на лечение во время краткосрочного наблюдения. J Inherit Metab Dis. 2009; 32: S5-10. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19130291

Echenne B, Roubertie A, Assmann B и др. Дефицит сепиаптеринредуктазы: клинические проявления и оценка длительной терапии. Pediatr Neurol. 2006; 35: 308-313. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17074599

Abeling NG, Duran M, Bakker HD и др.Дефицит сепиаптеринредуктазы — аутосомно-рецессивная ДОФА-зависимая дистония. Mol Genet Metab. 2006; 89: 116-120. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16650784

Невилл Б.Г., Параскандало Р., Фарруджа Р., Феличе А. Дефицит редуктазы сепиаптерина: врожденное допа-чувствительное моторное и когнитивное расстройство. Мозг. 2005; 128: 2291-2296. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16049044

Bonafe L, Thony B, Penzien JM, Czarnecki B, Blau N. Мутации в гене сепиаптеринредуктазы вызывают новый тетрагидробиоптерин-зависимый моноамин-нейротрансмиттерный дефицит без гиперфенилаланинемии. Am J Hum Genet. 2001; 69: 269-277. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1235302/

ИНТЕРНЕТ
Kamm C. Допа-чувствительная дистония, вызванная дефицитом сепиаптеринредуктазы. Энциклопедия Orphanet, ноябрь 2013 г. Доступно по адресу: http://www.orpha.net Дата обращения: 20 марта 2015 г.

McKusick VA., Ed. Интернет Менделирующее наследование в человеке (OMIM). Балтимор. MD: Университет Джона Хопкинса; Запись №: 612716; Последнее обновление: 19.09.20013. Доступно по адресу: http: // omim.org / entry / 612716 Дата обращения: 20 марта 2015 г.

Специальный выпуск: биосенсоры SPR для медицинской диагностики, мониторинга окружающей среды и безопасности пищевых продуктов

Уважаемые коллеги,

Я очень рад предложить вам внести свой вклад в этот специальный выпуск о биосенсорах SPR, которые являются новыми объектами исследований с различными приложениями, от биомедицины (от ранней диагностики до мониторинга терапии) до контроля качества пищевых продуктов и анализа окружающей среды.

Плазмонные биосенсоры для биомедицинских приложений привлекают все большее внимание в научных сообществах.Замена существующего громоздкого и дорогостоящего оборудования интеллектуальными датчиками меньшего размера и более дешевыми системами анализа, лабораториями на кристалле или бумажными устройствами является сложной задачей с точки зрения точной медицины, анализа на месте оказания медицинской помощи и персонализированных фармакологических исследований. лечение.

Таким образом, быстрые разработки, которые произошли в биосенсорах SPR, концепциях структурного дизайна, методах изготовления, сенсорных материалах, численном моделировании, обнаружении газов и диагностических приложениях, способствуют значительному прогрессу в точном и высокочувствительном обнаружении в будущих клинических приложениях.

Рукописи, содержащие всесторонние обзоры для подробного анализа рабочих характеристик сенсора, приветствуются для демонстрации текущих тенденций и проблем в области биодатчика SPR.

Объем специального выпуска:

Новые биосенсорные решения, применяемые в SPR;
Нанотехнологии и новые материалы для газовых сенсоров и биосенсоров;
Новые инструментальные системы для SPR-биосенсоров;
Новые методы измерения для биосенсоров SPR;
Новые методологические подходы в использовании передовых методов обработки данных;
Применение SPR в биомедицинских приложениях;
Применение SPR в мониторинге окружающей среды.

В этом специальном выпуске планируется не только дать обзор последних достижений, но и стимулировать идеи о текущих и будущих исследованиях в области датчиков SPR. Приветствуются как оригинальные статьи, так и обзоры.

Проф. Д-р Нан-Фу Чиу
Проф. Д-р Эльба Маурис
Проф. Д-р Ахмад Шукри Мухаммад Нур
Приглашенные редакторы

Информация для подачи рукописей

Рукописи должны быть представлены онлайн по адресу www.mdpi.com, зарегистрировавшись и войдя на этот сайт.После регистрации щелкните здесь, чтобы перейти к форме отправки. Рукописи можно подавать до установленного срока. Все статьи будут рецензироваться. Принятые статьи будут постоянно публиковаться в журнале (как только они будут приняты) и будут перечислены вместе на веб-сайте специального выпуска. Приглашаются исследовательские статьи, обзорные статьи, а также короткие сообщения. Для запланированных статей название и краткое резюме (около 100 слов) можно отправить в редакцию для объявления на этом сайте.

Представленные рукописи не должны были публиковаться ранее или рассматриваться для публикации в другом месте (за исключением трудов конференции). Все рукописи проходят тщательное рецензирование путем слепого рецензирования. Руководство для авторов и другая важная информация для подачи рукописей доступна на странице Инструкции для авторов. Biosensors — это международный рецензируемый ежемесячный журнал с открытым доступом, публикуемый MDPI.

Пожалуйста, посетите страницу Инструкции для авторов перед отправкой рукописи.Плата за обработку статьи (APC) для публикации в этом журнале с открытым доступом составляет 1800 швейцарских франков. Представленные документы должны быть хорошо отформатированы и написаны на хорошем английском языке. Авторы могут использовать MDPI Услуги редактирования на английском языке перед публикацией или во время редактирования автора.

SPR Раннее обнаружение дефектов образования антител при CVID — Reichert Technologies

Болезнь иммунодефицита: (CVID) серьезно снижает способность человека вырабатывать иммуноглобулин (Ig) G-антитела (IgG), что делает его чрезвычайно уязвимым для инфекционных заболеваний.Раннее выявление ОВИН в этой группе населения может спасти жизни.

Surface Plasmon Resonance (SPR) позволил выявить различия в характеристиках антител между пациентами с ОВИН и группой здоровых контрольных субъектов. Более традиционные методы, такие как микротипирование, не помогли. Чувствительность, воспроизводимость и отсутствие маркировки SPR дает врачам возможность раннего выявления таких заболеваний, как CVID; таким образом, значительно улучшаются клинические результаты.

ОВИН — это гетерогенное заболевание, которое выражается недостатком продукции антител.У пациентов с ОВИН в сыворотке крови снижены уровни IgG, IgA и IgM, и они не способны образовывать новые антитела с высоким сродством к новым антигенам после вакцинации или инфекции. Пациенты с ОВИН также не обладают способностью к созреванию аффинности, что означает, что вырабатываемые ими антитела также имеют низкую аффинность по сравнению со здоровыми ответами антител. У пациентов с нелеченными ОВИН могут развиться тяжелые инфекции, аутоиммунные заболевания и рак. Поэтому раннее выявление и начало терапевтического плана имеют важное значение для долгосрочного здоровья.Способность SPR быстро определять уровни антител, а также аффинное связывание антител делает его идеальным диагностическим инструментом.

Текущие критерии диагностики включают наличие в анамнезе повторных инфекций даже после вакцинации. Среди проводимых тестов — секвенирование генов, радиальный иммунодиффузионный анализ и функциональные анализы Т / В-клеток. Из-за неоднородности заболевания, с более чем 13 вариациями в зависимости от конкретных генных мутаций или иммунного фенотипа, текущее тестирование является трудоемким, дорогостоящим и часто требует недель, чтобы результаты тестов были возвращены пациентам.

Ученые, использующие технологию SPR, могут точно и быстро анализировать сывороточные антитела пациентов с ОВИН на предмет аномалий аффинности к иммобилизованным синтетическим трисахаридам антигенов группы крови A и B. Этот тест может быстро определить, есть ли у пациента отклонения в выработке антител, и может позволить немедленное начало заместительной иммуноглобулиновой терапии до того, как разовьется более тяжелое заболевание. В идеале, после стабилизации состояния пациента можно провести дальнейшее тестирование с использованием секвенирования генов для определения точный характер их конкретного представления CVID; которые могут включать, но не ограничиваются, мутацию в генах TNFRSF13B или TACI или дефицит IL-21.

SPR дает врачам и исследователям ряд преимуществ по сравнению с другими методологиями тестирования. Тестирование SPR может проводиться на месте, что ускоряет получение результатов у тревожных пациентов. SPR не содержит этикеток, что значительно снижает затраты на дополнительные реагенты. Это также снижает дискомфорт пациента, поскольку требуется меньший размер выборки.

SPR может быть включен в основное патологическое учреждение, находящееся в ведении администрации больницы / клиники. Дополнительную экономию можно получить, поделившись оборудованием с разными отделами.И пациенты, и врачи оценят высокую чувствительность и воспроизводимость технологии SPR.

Клиническое применение SPR для обнаружения дефектов образования антител является важным достижением в быстрой и точной диагностике CVID. Анализ SPR может помочь диагностировать дефицит специфических антител в случаях CVID, который представляет собой сложный гетерогенный иммунодефицит.

Развивающаяся иммунная система маленьких детей делает их особенно восприимчивыми к тяжелым инфекциям.